[发明专利]用于微流控器件和处理器的多路复用自锁阀

说明书

相关申请的交叉引用

本发明根据美国35 U.S.C.119(e)条款要求2006年3月22日提交的序列号为60/785,005(代理人案号UCALP066P)的标题为“用于复杂微流控器件和处理器的多路复用自锁阀”的美国临时专利申请，其内容通过引用而全部结合于本文。

技术领域

本发明涉及微流控结构。在一例中，本发明涉及控制微流控流动和可加以组合来执行复杂气动逻辑运算的隔膜阀与结构。

背景技术

现代微流控分析器件相对于早期的单通道、单步骤器件已经有了相当大的发展。高度并行多通道器件目前通过同时执行数百个分析测定来增加通量，片上实验室(1ab-on-a-chip)器件目前将复杂的多步制备和分析操作集成到单个便携式分析仪中。密集地在芯片上同时集成串行和并行操作的器件预期可大大地减少执行多种分析测定所需的时间和资源。例如，在基因领域中，将诸如基因菌落筛选(colonypicking)、排序样本扩增、纯化以及电泳分析等操作集成到高通过量并行平台中，这将在总的排序时间和成本上产生显著的减少。

此目的之实现因缺少适于在高度串行、高度并行微器件中使用的阀、泵技术而进展缓慢。这些器件可能需要数百个阀被并行地驱动，同时另外数百个阀逐个地被驱动，这是一组极其苛刻的要求。过去该解决方案的一部分通过单片隔膜阀和泵来实现，它们能够以密集的阵列制造，并由集成的气动通道并行地驱动。但是，每个独立的单片隔膜阀或每组阀需要专用的可转换压力源/真空源(通常为电磁阀)和对微流控器件的单独气动连接。电磁阀的功耗、成本和尺寸排除了大量使用它们的可能性，且过多的对微流控器件的气动连接会浪费有用的芯片空间。

可以用单个控制信号在如下情况下控制若干片上阀门，如果1)使用多路分配器来寻址要打开或关闭的阀门，以及2)每个阀保持锁闭在其当前状态(打开或关闭)直到将其设置成新状态为止。现有锁闭微阀门使用双稳态的波纹隔膜或磁铁来控制流体。这些基于硅或聚合物的阀门对于许多片上实验室(lab-on-a-chip)分析测定在化学上和物理上是不稳定的，制造复杂，且不容易排列来实现并行或多路驱动。先前的多路分配器考虑到阵列中个别微反应器的寻址，但是无法进行更有用的对独立阀门的任意控制。而且，先前采用的行/列寻址方法对器件的几何形状存在很大的限制，并将n控制线可寻址的微反应器的数量限于仅为2^(n/2)。

发明内容

在一个方面中，本发明的特征在于一种微流控自锁阀结构。该自锁阀结构包括至该结构的输入和至少三个隔膜阀。每个阀包括阀输入端、阀输出端和阀控制端。弹性体隔膜配置成对阀控制端施加的压力或真空使得隔膜偏离而调节通过阀门的流体。这些阀门中的两个连接到第三阀，以使得在到该结构的输入端处有足够真空而使第三阀打开，而当真空被撤除时第三阀保持打开，以及使得在到该结构的输入端处有足够的压力使第三阀关闭，且在压力被撤除时第三阀保持关闭。

本发明的多种实现可以包括如下的一个或多个特征。自锁阀结构配置成可控制到片上微流控分析器件的流体流动。自锁阀结构配置成可控制微流控器件的分析测定的流体过程。该自锁阀结构还包括多路分配器，该多路分配器配置成可控制被构造成进行分析测定的自锁阀的阵列。

在另一个方面中，本发明的特征在于一种微流控逻辑线路。该逻辑线路包括隔膜阀阵列。每个阀包括阀输入端、阀输出端、阀控制端以及弹性体隔膜，其中压力或真空可以使得隔膜偏离而调节通过阀门的流体流动。隔膜阀以流体连通的方式彼此连接，使得在逻辑上对至该阵列的气动输入进行操作以产生气动输出。

本发明的多种实现可以包括如下的一个或多个特征。隔膜阀阵列包括配置成用来形成AND门或OR门的两个隔膜阀。隔膜阀阵列配置成用来形成NAND门或XOR门。隔膜阀阵列配置成可形成缓冲器线路。隔膜阀阵列配置成可形成脉动进位加法器(ripple carrier adder)。